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“離子風”吹動新飛機顛覆傳統(tǒng)動力系統(tǒng)

2019-02-15 10:34:05來源：人民網(wǎng)-人民日報

沒有螺旋槳，也沒有渦輪葉片;無需化石能源

，也不需要太陽能驅動——經(jīng)典科幻影視劇《星際迷航》中的離子風飛行器有望變成現(xiàn)實

。最近，美國麻省理工學院研究人員研制出了一架顛覆傳統(tǒng)

沒有螺旋槳

，也沒有渦輪葉片;無需化石能源，也不需要太陽能驅動——經(jīng)典科幻影視劇《星際迷航》中的離子風飛行器有望變成現(xiàn)實

。最近

，美國麻省理工學院研究人員研制出了一架顛覆傳統(tǒng)動力系統(tǒng)的飛機，即用正負電極產(chǎn)生的“離子風”作為驅動力

。這一成果發(fā)表在近期的《自然》雜志上

，旋即引發(fā)強烈關注。

離子風推進的原理可以直觀地理解為：動力系統(tǒng)中包含前后兩個施以強電壓的正負電極

，前部電極附近的氣體被電離成帶正電的陽離子

，從而與后部的負電極相互吸引

，并撞擊空氣中的中性分子

，形成“離子風”驅動飛機前進

。據(jù)此原理，研究人員制造出了一架小型驗證機。該機重2.45千克

，翼展5米，采用彈射起飛

，在飛行試驗中

，以每秒4.8米的速度實現(xiàn)了45米左右的穩(wěn)定飛行，實現(xiàn)了人類航空史上首次固態(tài)動力裝置飛行器驗證飛行

。

實際上

，離子推進技術在人造衛(wèi)星、深空探測等航天領域已有廣泛應用

。早在1964年

，裝有離子推進技術的火箭就進行了首次太空試驗，1998—2001年

，首個由離子推進作為主要動力的航天器“深空1號”成功探測到波瑞利彗星和布雷爾行星

。這種離子推進裝置通常重約百千克以上，推力往往不到一牛——大致等同于在地球上舉起一個雞蛋的力氣

。盡管這點推力十分有限，但在太空環(huán)境下幾乎不受結構重量的限制和空氣阻力的影響

，這一微小的推力即可滿足姿態(tài)控制和軌道變動等需求

。而且，由于其工質消耗遠遠小于基于化學燃燒的火箭發(fā)動機

，使它往往更能夠勝任航天器對推進力細水長流的需求

。

也正是由于重量太大推力太小

，離子推進裝置長久以來并沒有被大氣層內(nèi)運行的飛機所接受

。舉例來說，一架載客160人

、起飛重量在80噸級的噴氣客機

，其單臺發(fā)動機重約2.4噸，能夠產(chǎn)生最大120千牛的推力

。如果換成推力相同的離子推進器

，則單臺發(fā)動機重量可能將增至1.2萬噸——比整架飛機的重量都大上好幾個數(shù)量級。

通過采用鋰聚合物電池并引入更加輕便高效的電氣系統(tǒng)

，上述研究人員為驗證機配備的離子風驅動裝置單位質量輸出功率高出傳統(tǒng)轉換裝置5至10倍

，使其最終能夠作為大氣層內(nèi)飛機的動力裝置。然而該套裝置的推進效率目前仍然無法滿足載人飛機的推進需求

，且機身表面存在大面積的外露電極

。

如同最早的軌道機車跑不過馬車，新技術的起始往往并不完善

。盡管今天的離子驅動飛行器還未超過航模的重量和速度

，但該機的試驗成功無疑為航空飛行器的動力發(fā)展開辟了一條新的道路，為今后開發(fā)出更安靜

、更環(huán)保

、機械結構更簡單的飛機提供了可能性

，這項成果堪稱人類航空史上的又一座里程碑

。

責任編輯：孫知兵

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